src/libFLAC/fixed.c

   1 /* libFLAC - Free Lossless Audio Codec library
   2  * Copyright (C) 2000,2001  Josh Coalson
   3  *
   4  * This library is free software; you can redistribute it and/or
   5  * modify it under the terms of the GNU Library General Public
   6  * License as published by the Free Software Foundation; either
   7  * version 2 of the License, or (at your option) any later version.
   8  *
   9  * This library is distributed in the hope that it will be useful,
  10  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  11  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  12  * Library General Public License for more details.
  13  *
  14  * You should have received a copy of the GNU Library General Public
  15  * License along with this library; if not, write to the
  16  * Free Software Foundation, Inc., 59 Temple Place - Suite 330,
  17  * Boston, MA  02111-1307, USA.
  18  */
  19
  20 #include <assert.h>
  21 #include <math.h>
  22 #include "private/fixed.h"
  23
  24 #ifndef M_LN2
  25 /* math.h in VC++ doesn't seem to have this (how Microsoft is that?) */
  26 #define M_LN2 0.69314718055994530942
  27 #endif
  28
  29 #ifdef min
  30 #undef min
  31 #endif
  32 #define min(x,y) ((x) < (y)? (x) : (y))
  33
  34 #ifdef local_abs
  35 #undef local_abs
  36 #endif
  37 #define local_abs(x) ((unsigned)((x)<0? -(x) : (x)))
  38
  39 unsigned FLAC__fixed_compute_best_predictor(const int32 data[], unsigned data_len, real residual_bits_per_sample[FLAC__MAX_FIXED_ORDER+1])
  40 {
  41         int32 last_error_0 = data[-1];
  42         int32 last_error_1 = data[-1] - data[-2];
  43         int32 last_error_2 = last_error_1 - (data[-2] - data[-3]);
  44         int32 last_error_3 = last_error_2 - (data[-2] - 2*data[-3] + data[-4]);
  45         int32 error, save;
  46         uint32 total_error_0 = 0, total_error_1 = 0, total_error_2 = 0, total_error_3 = 0, total_error_4 = 0;
  47         unsigned i, order;
  48
  49         for(i = 0; i < data_len; i++) {
  50                 error  = data[i]     ; total_error_0 += local_abs(error);                      save = error;
  51                 error -= last_error_0; total_error_1 += local_abs(error); last_error_0 = save; save = error;
  52                 error -= last_error_1; total_error_2 += local_abs(error); last_error_1 = save; save = error;
  53                 error -= last_error_2; total_error_3 += local_abs(error); last_error_2 = save; save = error;
  54                 error -= last_error_3; total_error_4 += local_abs(error); last_error_3 = save;
  55         }
  56
  57         if(total_error_0 < min(min(min(total_error_1, total_error_2), total_error_3), total_error_4))
  58                 order = 0;
  59         else if(total_error_1 < min(min(total_error_2, total_error_3), total_error_4))
  60                 order = 1;
  61         else if(total_error_2 < min(total_error_3, total_error_4))
  62                 order = 2;
  63         else if(total_error_3 < total_error_4)
  64                 order = 3;
  65         else
  66                 order = 4;
  67
  68         residual_bits_per_sample[0] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_0  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  69         residual_bits_per_sample[1] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_1  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  70         residual_bits_per_sample[2] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_2  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  71         residual_bits_per_sample[3] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_3  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  72         residual_bits_per_sample[4] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_4  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
  73
  74         return order;
  75 }
  76
  77 unsigned FLAC__fixed_compute_best_predictor_slow(const int32 data[], unsigned data_len, real residual_bits_per_sample[FLAC__MAX_FIXED_ORDER+1])
  78 {
  79         int32 last_error_0 = data[-1];
  80         int32 last_error_1 = data[-1] - data[-2];
  81         int32 last_error_2 = last_error_1 - (data[-2] - data[-3]);
  82         int32 last_error_3 = last_error_2 - (data[-2] - 2*data[-3] + data[-4]);
  83         int32 error_0, error_1, error_2, error_3, error_4;
  84         /* total_error_* are 64-bits to avoid overflow when encoding
  85          * erratic signals when the bits-per-sample and blocksize are
  86          * large.
  87          */
  88         uint64 total_error_0 = 0, total_error_1 = 0, total_error_2 = 0, total_error_3 = 0, total_error_4 = 0;
  89         unsigned i, order;
  90
  91         for(i = 0; i < data_len; i++) {
  92                 error_0 = data[i]               ; total_error_0 += local_abs(error_0);
  93                 error_1 = error_0 - last_error_0; total_error_1 += local_abs(error_1);
  94                 error_2 = error_1 - last_error_1; total_error_2 += local_abs(error_2);
  95                 error_3 = error_2 - last_error_2; total_error_3 += local_abs(error_3);
  96                 error_4 = error_3 - last_error_3; total_error_4 += local_abs(error_4);
  97
  98                 last_error_0 = error_0;
  99                 last_error_1 = error_1;
 100                 last_error_2 = error_2;
 101                 last_error_3 = error_3;
 102         }
 103
 104         if(total_error_0 < min(min(min(total_error_1, total_error_2), total_error_3), total_error_4))
 105                 order = 0;
 106         else if(total_error_1 < min(min(total_error_2, total_error_3), total_error_4))
 107                 order = 1;
 108         else if(total_error_2 < min(total_error_3, total_error_4))
 109                 order = 2;
 110         else if(total_error_3 < total_error_4)
 111                 order = 3;
 112         else
 113                 order = 4;
 114
 115         /* Estimate the expected number of bits per residual signal sample. */
 116         /* 'total_error*' is linearly related to the variance of the residual */
 117         /* signal, so we use it directly to compute E(|x|) */
 118 #ifdef _MSC_VER
 119         /* with VC++ you have to spoon feed it the casting */
 120         residual_bits_per_sample[0] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)(int64)total_error_0  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 121         residual_bits_per_sample[1] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)(int64)total_error_1  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 122         residual_bits_per_sample[2] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)(int64)total_error_2  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 123         residual_bits_per_sample[3] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)(int64)total_error_3  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 124         residual_bits_per_sample[4] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)(int64)total_error_4  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 125 #else
 126         residual_bits_per_sample[0] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_0  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 127         residual_bits_per_sample[1] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_1  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 128         residual_bits_per_sample[2] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_2  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 129         residual_bits_per_sample[3] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_3  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 130         residual_bits_per_sample[4] = (real)((data_len > 0) ? log(M_LN2 * (real)total_error_4  / (real) data_len) / M_LN2 : 0.0);
 131 #endif
 132
 133         return order;
 134 }
 135
 136 void FLAC__fixed_compute_residual(const int32 data[], unsigned data_len, unsigned order, int32 residual[])
 137 {
 138         unsigned i;
 139
 140         switch(order) {
 141                 case 0:
 142                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 143                                 residual[i] = data[i];
 144                         }
 145                         break;
 146                 case 1:
 147                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 148                                 residual[i] = data[i] - data[i-1];
 149                         }
 150                         break;
 151                 case 2:
 152                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 153                                 /* == data[i] - 2*data[i-1] + data[i-2] */
 154                                 residual[i] = data[i] - (data[i-1] << 1) + data[i-2];
 155                         }
 156                         break;
 157                 case 3:
 158                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 159                                 /* == data[i] - 3*data[i-1] + 3*data[i-2] - data[i-3] */
 160                                 residual[i] = data[i] - (((data[i-1]-data[i-2])<<1) + (data[i-1]-data[i-2])) - data[i-3];
 161                         }
 162                         break;
 163                 case 4:
 164                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 165                                 /* == data[i] - 4*data[i-1] + 6*data[i-2] - 4*data[i-3] + data[i-4] */
 166                                 residual[i] = data[i] - ((data[i-1]+data[i-3])<<2) + ((data[i-2]<<2) + (data[i-2]<<1)) + data[i-4];
 167                         }
 168                         break;
 169                 default:
 170                         assert(0);
 171         }
 172 }
 173
 174 void FLAC__fixed_restore_signal(const int32 residual[], unsigned data_len, unsigned order, int32 data[])
 175 {
 176         unsigned i;
 177
 178         switch(order) {
 179                 case 0:
 180                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 181                                 data[i] = residual[i];
 182                         }
 183                         break;
 184                 case 1:
 185                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 186                                 data[i] = residual[i] + data[i-1];
 187                         }
 188                         break;
 189                 case 2:
 190                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 191                                 /* == residual[i] + 2*data[i-1] - data[i-2] */
 192                                 data[i] = residual[i] + (data[i-1]<<1) - data[i-2];
 193                         }
 194                         break;
 195                 case 3:
 196                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 197                                 /* residual[i] + 3*data[i-1] - 3*data[i-2]) + data[i-3] */
 198                                 data[i] = residual[i] + (((data[i-1]-data[i-2])<<1) + (data[i-1]-data[i-2])) + data[i-3];
 199                         }
 200                         break;
 201                 case 4:
 202                         for(i = 0; i < data_len; i++) {
 203                                 /* == residual[i] + 4*data[i-1] - 6*data[i-2] + 4*data[i-3] - data[i-4] */
 204                                 data[i] = residual[i] + ((data[i-1]+data[i-3])<<2) - ((data[i-2]<<2) + (data[i-2]<<1)) - data[i-4];
 205                         }
 206                         break;
 207                 default:
 208                         assert(0);
 209         }
 210 }